(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル運転において運転可能な複数のシリンダ(１１)を有する２サイクル内燃機関であって、
各シリンダ(１１)は一つのライナー(１２)を備えており、該ライナー(１２)は該ライナー(１２)内で移動可能なピストン(１３)を有しており、
各シリンダ(１１)の前記ライナー(１２)の下部(１５)には複数の給気口(１６)が割り当てられていて、前記それぞれのシリンダ(１１)の前記ピストン(１３)によりピストン(１３)の下死点又は下死点付近のピストン位置領域においてそれぞれの給気口(１６)が開放されると、これら給気口(１６)を介して、給気が、前記それぞれのシリンダ(１１)の前記ライナー(１２)により画定された、前記それぞれのシリンダの一つの燃焼室内に送り込み可能であり、また、
各シリンダ(１１)の上部(１９)には、少なくとも一つの排気用排気バルブ(２０)、及び、ディーゼル運転用燃料を前記それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室が比較的高圧のときに圧縮済の給気に供給するための少なくとも一つのメインインジェクタ(２１)が割り当てられている、２サイクル内燃機関において、
前記シリンダ(１１)がディーゼル運転に加えて、又は、代替的に、純粋なガス運転においても運転可能であり、そのために各シリンダには少なくとも一つのガスインレット開口部(２２)が割り当てられていて、該ガスインレット開口部(２２)を介してガス運転用燃料が、前記それぞれのシリンダの前記ピストンがピストン(１３)の下死点及び／又は下死点付近のピストン位置領域にあるときにそれぞれのシリンダ(１１)に送り込み可能であるため、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室が比較的低い圧力にあるときに前記ガス運転用燃料を給気内に送り込み可能であり、
ガス運転用燃料を前記それぞれのシリンダ(１１)内に送り込む際に経由できる各ガスインレット開口部(２２)が、それぞれのシリンダ(１１)の前記ライナー(１２)の下部(２９)に割り当てられており、
ガス運転用燃料を前記それぞれのシリンダ(１１)内に送り込む際に経由できる各ガスインレット開口部(２２)は、前記それぞれのシリンダの前記ライナー(１２)により画定された前記それぞれのシリンダの燃焼室内に給気を送り込む際に経由できるそれぞれ一つの給気口(１６)を機能転換することによって提供されることを特徴とする、２サイクル内燃機関。
【請求項２】
各シリンダの各ガスインレット開口部(２２)にそれぞれ別個のガスバルブ(２３)が割り当てられていることを特徴とする、請求項１に記載の２サイクル内燃機関。
【請求項３】
各シリンダのすべてのガスインレット開口部(２２)が一つのガスバルブを共有することを特徴とする、請求項１に記載の２サイクル内燃機関。
【請求項４】
各シリンダ(１１)にはさらに少なくとも一つのパイロットインジェクタ(２７)が割り当てられていて、ガス運転においては該パイロットインジェクタ(２７)を介して、圧縮済の給気・燃料混合物を火花点火するためにディーゼル運転用燃料を、前記それぞれのシリンダ(１１)の前記それぞれの燃焼室(１７)が比較的高圧であるときに前記給気・燃料混合物に送り込み可能であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の２サイクル内燃機関。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の２サイクル内燃機関を運転するための方法であって、前記２サイクル内燃機関のディーゼル運転の際にディーゼル運転用燃料を、圧縮済の給気に、比較的高圧の前記シリンダ内に送り込んで給気・燃料混合物を自己発火させる運転方法において、
ガス運転においてはガス運転用燃料を、未圧縮又はわずかに圧縮された給気内に、比較的低い圧力の前記シリンダ内に送り込むことを特徴とする、２サイクル内燃機関運転方法。
【請求項６】
ガス運転においては、給気・燃料混合物を火花点火するためにディーゼル運転用燃料が、前記それぞれのシリンダの燃焼室が比較的高圧の際に給気・燃料混合物内に送り込まれることを特徴とする、請求項５に記載の２サイクル内燃機関運転方法。
【請求項７】
ガスインレット開口部が不作動であるディーゼル運転においては、ディーゼル運転用燃料がメインインジェクタを介して、前記シリンダ内に送り込まれ、これに対して、メインインジェクタが不作動であるガス運転においては、ガス運転用燃料はガスインレット開口部を介して、また、火花点火のためにはディーゼル運転用燃料がパイロットインジェクタを介して、シリンダ内に送り込まれることを特徴とする、請求項６に記載の２サイクル内燃機関運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１のおいて書きに記載の２サイクル内燃機関に関する。本発明はさらに、請求項８のおいて書きに記載の、２サイクル内燃機関運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、ディーゼル運転に適した、複数のシリンダを有する２サイクル内燃機関が知られている。各シリンダはライナーを有しており、該ライナー内には移動可能なピストンが設けられており、該ピストンはピストンロッドに取り付けられており、該ピストンロッドはクロスヘッド及び接続ロッドを介して、クランクシャフトのクランクピンに接続されている。この従来技術によると、各シリンダのライナーの下部には、掃気口とも呼ばれる給気口が割り当てられており、各シリンダのピストンによりピストンの下死点又は、下死点に近いピストンの位置領域においてそれぞれの給気口が開放されると、これら給気口を介して、給気が、各シリンダのライナーにより画定された、各シリンダの燃焼室に送り込み可能となる。さらに、この従来技術より、各シリンダの上部、特に、それぞれのシリンダのライナーの上部又はライナーを閉じるシリンダカバーに、一方では、少なくとも一つの排気用の排気バルブが、他方ではディーゼル運転用燃料供給のための少なくとも一つのメインインジェクタが割り当てられており、該メインインジェクタ又は各メインインジェクタを介してディーゼル運転用燃料を、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室内が比較的高圧のときに、つまり、ピストンが、ピストン上死点に近いピストン位置領域にあるときに、圧縮済の給気に送り込めることがすでに知られている。ディーゼル運転用燃料は自己発火する。
【０００３】
ディーゼル運転に適した、このような２サイクル内燃機関は、ディーゼル運転において燃料として特に重油を用い、代表的には、いわゆる大型ディーゼル内燃機関としてコンテナ船又は同等物において使用され、運転時には比較的多くの窒素酸化物及びススを排出するため、このような２サイクル内燃機関は厳しいエミッション限界値を守るのが困難である。そのため、窒素酸化物及びススの排出を減らし、それによりさらに厳しいエミッション限界値を守ることができる２サイクル内燃機関が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許発明第20 2004 002 185号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため本発明の課題は、新式の２サイクル内燃機関及びその２サイクル内燃機関の運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の２サイクル内燃機関により解決される。本発明によるとシリンダは、ディーゼル運転に追加的に、又は、代替的に、純粋なガス運転において運転可能であり、そのために各シリンダには少なくとも一つのガスインレット開口部が割り当てられており、それぞれのシリンダのピストンが下死点にある場合、及び／又は、ピストン下死点に近いピストン位置領域にある場合に、そのガスインレット開口部を介してガス運転用燃料、特に天然ガスを、それぞれのシリンダに供給可能であるため、ガス運転用燃料を、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室内の圧力が比較的低いときに給気内に送り込むことができる。
【０００７】
つまり本発明の２サイクル内燃機関はディーゼル運転のみではなく、ディーゼル運転に加えて代替的に純粋なガス運転においても運転することが可能である。ガス運転においては燃料として特に天然ガスを用いることができ、天然ガスはたとえば重油よりクリーンに燃焼できるため、それによりガス運転において２サイクル内燃機関のエミッションをディーゼル運転の場合に比較して明らかに低減することができる。
【０００８】
ガス運転を確実に行うため、各シリンダには少なくとも一つのガスインレット開口部が割り当てられており、それぞれのシリンダのピストンが下死点にある場合、及び／又は、ピストン下死点に近いピストン位置領域にある場合に、そのガスインレット開口部を介してガス運転用燃料がそれぞれのシリンダ内に送り込み可能である。ガス運転用燃料は、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室内の圧力が比較的低いときに給気内に送り込み可能である。
【０００９】
その長所は、ガス運転用混合気の生成が、それぞれのシリンダの燃焼室内が比較的低圧のときに行われるために、それによりガス運転用燃料をシリンダ以外のところで高圧に圧縮する必要がないというところにある。するとガス運転用燃料のための燃料供給システムは比較的低い圧力のみを提供すればよいため、その燃料供給システムは、次のような燃料供給システム、つまり、比較的高い噴射圧力で働き、ガス運転用燃料を、ディーゼル運転用燃料と同様にそれぞれのシリンダのピストン上死点付近で、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室内が比較的高圧の際に燃焼室に送り込む燃料供給システムに比較して、満たすべき安全要件がより低く、実施技術的により容易である。
【００１０】
望ましくは、ガス運転用燃料をそれぞれのシリンダに送り込む際に経由できる該ガスインレット開口部又は各ガスインレット開口部は、それぞれのシリンダのライナー下部に割り当てられている。
【００１１】
該ガスインレット開口部又は各ガスインレット開口部がライナー下部に割り当てられている場合、この一つの又は複数のガスインレット開口部は、すでに少なくとも一つの排気バルブ及び少なくとも一つのメインインジェクタが割り当てられているそれぞれのシリンダの上部領域内において取付場所をとるわけではないため、構造面における本発明の実施が容易になる。
【００１２】
本発明の好適な発展形によると、各シリンダにはさらに少なくとも一つのパイロットインジェクタが割り当てられており、このパイロットインジェクタを介して、ガス運転においてガス運転用の圧縮済給気・燃料混合物を火花点火するためのディーゼル燃料を、それぞれのシリンダの燃焼室内が比較的高圧のときにガス運転用の給気・燃料混合物に送り込むことができる。
【００１３】
ガス運転における給気・燃料混合物の点火は火花点火により行われ、そのためにディーゼル燃料が少なくとも一つのパイロットインジェクタを介して、それぞれのシリンダのそれぞれの燃焼室が比較的高圧の際に、ガス運転用の給気・燃料混合物内に送り込まれる。火花点火に必要なディーゼル燃料は、当該の又は各パイロットインジェクタを介することにより、ディーゼル運転用に設けられている当該又は各メインインジェクタに比較して、より繊細な調量を行うことができる。そのため、当該又は各パイロットインジェクタを介して送り込まれた火花点火用ディーゼル燃料を繊細に調量することができ、それによりガス運転におけるエミッションを最小にまで減少させることができる。
【００１４】
２サイクル内燃機関を運転するための本発明の方法は請求項８で規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の２サイクル内燃機関の第１の実施例の図である。
【図２】図１の２サイクル内燃機関を、図１のＡ−Ａの切断線で切断した横断面図である。
【図３】本発明の２サイクル内燃機関の第２の実施例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の望ましい発展形は従属請求項及び以下の説明より理解できる。本発明の実施形態を図を参照しながら詳細に説明するが、これに限定されるわけではない。
【００１７】
図１及び図２には、本発明の２サイクル内燃機関１０について該２サイクル内燃機関１０のシリンダ１１の領域が図式的に示されており、２サイクル内燃機関１０又は２サイクル内燃機関１０のシリンダ１１は、一方ではディーゼル運転のために、及び、ディーゼル運転に加えて、又は代替的に純粋なガス運転において運転可能である。本発明の２サイクル内燃機関１０の各シリンダ１１はライナー１２を有しており、該ライナー１２内にはピストン１３が移動可能に収容されている。ピストン１３は、ライナー１２内でピストン１３の上死点と下死点との間で往復する。ピストン１３はピストンロッド１４に取り付けられており、ピストンロッド１４を介して代表的には特許文献１と同様に接続ロッドに、及び、接続ロッドを介してクランクシャフトのクランクピンに噛み合っている。
【００１８】
図１からは、ライナー１２の下部１５に複数の給気口１６が割り当てられていることが分かる。これら給気口１６はライナー１２の円周上に分配されている。それぞれのシリンダ１１のピストン１３により、ピストン１３の下死点又は、ピストン１３の下死点に近いピストン位置領域において給気口１６が開放されると、給気口１６を介して給気が、それぞれのシリンダ１１のライナー１２により画定された、それぞれのシリンダの燃焼室１７に送り込み可能となり、その際、給気口１６を介してそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に送り込み可能な給気は、詳細には図示されていない一つの(又は複数の)排気ターボチャージャの給気コレクタ１８により提供される。
【００１９】
２サイクル内燃機関１０の各シリンダ１１の上部１９、特にライナー１２又はライナー１２を閉じるシリンダカバー２８の上部には、少なくとも一つの排気用排気バルブ２０、及び、ディーゼル運転用の燃料をそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に供給するための少なくとも一つのメインインジェクタ２１が割り当てられている。
【００２０】
当該の又は各メインインジェクタ２１を介して、ディーゼル運転用燃料を、それぞれのシリンダ１１の燃焼室１７が比較的高圧のときに、つまり、ピストン１３が上死点又は上死点に近い位置領域にあるときに、圧縮済みの給気に送り込むことができる。
【００２１】
ディーゼル運転においては、高圧の時にそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７内に噴射されたディーゼル運転用燃料が自己発火する。ディーゼル運転用燃料としては特に重油が用いられる。
【００２２】
本発明の２サイクル内燃機関、つまり２サイクル内燃機関のシリンダ１１はディーゼル運転のみではなく、ディーゼル運転に加えて代替的にガス運転でも運転可能である。そのために各シリンダ１１には少なくとも一つのガスインレット開口部２２が割り当てられており、本発明によると、それぞれのシリンダ１１のピストン１３が下死点、及び／又は、ピストン１３の下死点に近いピストン位置領域にあるときに、このガスインレット開口部２２を介してガス運転用燃料、特に天然ガスがそれぞれのシリンダ１１に、つまりそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に送り込み可能であるため、それぞれのシリンダ１１のそれぞれの燃焼室１７が比較的低い圧力にあるときに、ガス運転用燃料を給気に送り込むことができる。
【００２３】
そのため、ガス運転用燃料供給システムは、ガス運転用燃料、特に天然ガスのためには比較的低い噴射圧力で足りるが、それは、すでに述べたように、ガス運転用燃料がピストンの下死点及び／又は下死点に近い位置領域においてそれぞれのシリンダ内に送り込まれるからである。それによりガス運転用燃料供給システムが満たすべき安全要件は、より低いものでよく、これまでより容易に実施することができる。
【００２４】
本発明の一つの好適な発展形によると、ガス運転用燃料を２サイクル内燃機関１０のそれぞれのシリンダ１１に送り込む際に経由できる当該又は各ガスインレット開口部２２は、それぞれのシリンダ１１のライナー１２の下部２９に割り当てられ、つまり、図１及び図２の実施形態においては、各ガスインレット開口部２２により給気口１６が置き換えられるか又は占拠されるようになる。その場合、ライナー１２の下部２９はライナー１２の下部１５に対応する。
【００２５】
図２に図示された実施形態においては、ライナー１２の円周上に分配された３つの給気口１６がガスインレット開口部２２として機能転換されており、それは、今やガスインレット開口部２２として機能する給気口１６のそれぞれに別個のガスバルブ２３を割り当てることにより行われる。
【００２６】
これらガスバルブ２３は望ましくは、今やガスインレット開口部２２として機能する給気口１６内にセットされ、それぞれのシリンダ１１又はシリンダ１１のライナー１２の半径方向外側を取り囲むガス流路２４に接続されており、そのガス流路２４を介してガス運転用燃料を、ガス運転のために２サイクル内燃機関１０の燃料供給システム２５から供給することができる。
【００２７】
各シリンダ１１に割り当てられているガス流路２４は、ガス管２６を介して、すべてのシリンダ１１に共通の、ガス運転のための燃料供給システム２５に接続されている。 
【００２８】
図１及び図２に図示された実施形態とは異なり、各シリンダ１１のガスインレット開口部２２にそれぞれ一つの共通のガスバルブを割り当てることも可能であり、その場合そのガスバルブはたとえばガス管２６に組み込むことも可能である。
【００２９】
図１及び図２に図示された実施形態のように、いくつかの給気口１６がガスインレット開口部２２として機能転換されている場合、残りの給気口１６を介してそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に送り込み可能な給気量はいくらか減少するものの、現在ある２サイクル内燃機関を低コストで本発明の意味において変換することができる。そのために必要となるのは、その場合にガスインレット開口部２２として機能するいくつかの給気口１６内にガスバルブ２３をセットして、ガス運転用の燃料供給システム２５に連結するだけである。
【００３０】
ディーゼル運転とは異なり、ガス運転用の給気・燃料混合物の点火は給気・燃料混合物の自己発火ではなく、火花点火により行われるため各シリンダ１１には引き続き少なくとも一つのパイロットインジェクタ２７が割り当てられており、ガス運転においては、圧縮済の給気・燃料混合物を火花点火するために、それぞれのシリンダ１１のそれぞれの燃焼室１７が比較的高圧のときに、このパイロットインジェクタ２７を介してディーゼル燃料をガス運転用の圧縮済の給気・燃料混合物に送り込むことができる。
【００３１】
図１において、パイロットインジェクタ２７はこのときシリンダ１１の上部１９に割り当てられており、このとき当該又は各パイロットインジェクタ２７を介して燃料、つまりディーゼル燃料は、当該又は各メインインジェクタ２１を介する場合より繊細に調量することができる。それによりガス運転において給気・燃料混合物の火花点火のために、正確に量が定義された少量のディーゼル燃料を圧縮済給気・燃料混合物に供給することができ、それにより、火花点火に必要なディーゼル燃料の量は絶対最少量にまで低減される。それによりガス運転におけるエミッションもさらに減少させることができる。
【００３２】
図３には２サイクル内燃機関１０'の第２の実施形態が図示されている。その基本的な構造は図１及び図２の２サイクル内燃機関１０の構造に対応しているため、不必要な繰り返しを避けるために同じコンポーネントには同じ符号が使われている。
【００３３】
以下に、図３の実施形態が、図１及び図２の実施形態と異なる点について詳述する。それ以外の詳細については図１及び図２の実施形態に関する詳述を参照されたい。
【００３４】
ガスインレット開口部２２は図３の実施形態においてもそれぞれのシリンダ１１のライナー１２の下部２９に割り当てられているが、ガスインレット開口部２２は、機能転換された給気口１６により提供されるのではなく、図３の実施形態においては別個のガスインレット開口部２２が、給気口１６のすぐ上、つまり部分１５のすぐ上においてそれぞれのシリンダ１１のライナー１２内に設けられている。
【００３５】
この構造の長所は、すべての給気口１６が給気供給のために利用されるため、給気口１６を介してそれぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に送り込み可能な給気量が、ガスインレット開口部２２により制限されないところにある。
【００３６】
この構造のさらなる長所は、給気口１６がピストン１３により再び遮断されたときでないと、ガスが、当該又は各ガスインレット開口部２２を介して燃焼室１７内の圧力が比較的低いときに圧力燃焼室１７内に送り込まれることがないため、ガスが空気インレット開口部１６を通じて燃焼室１７から給気コレクタ１８の領域に到達しうるという危険が一切ないことである。しかしながら図１及び図２の実施形態においても、ガスが燃焼室１７から給気コレクタ１８の領域に到達する危険はほとんどない。
【００３７】
したがって本発明の内燃機関１０又は１０'はディーゼル運転においてもガス運転においても運転可能である。
【００３８】
２サイクル内燃機関１０又は１０'のディーゼル運転においては、ディーゼル運転用燃料、特に重油は、それぞれのシリンダ１１の当該又は各メインインジェクタ２１を介して、比較的高圧において圧縮済の給気内に又は比較的高圧でシリンダ１１内に送り込まれ、ディーゼル運転用の給気・燃料混合物は自己発火する。
【００３９】
２サイクル内燃機関１０又は１０'のガス運転においては、ガス運転用燃料、特に天然ガスは、比較的低い圧力においてまだ圧縮されていない又はわずかに圧縮された給気内に、又は比較的低い圧力でシリンダ１１内に送り込まれる。
【００４０】
ディーゼル運転においてシリンダ１１のガスインレット開口部２２は不作動であるか、又は、それぞれのシリンダ１１の当該又は各ガスバルブ２３は閉じられている。ディーゼル運転においてディーゼル運転用燃料は、望ましくはメインインジェクタ２１に加えて、それぞれのシリンダ１１の当該又は各パイロットインジェクタ２７を介しても、それぞれのシリンダ１１の燃焼室１７に送り込まれ、それにより、ディーゼル運転においてパイロットインジェクタ２７がブロックされるのを回避する。
【００４１】
ガス運転においてガスインレット開口部２２は作動するが、シリンダ１１のメインインジェクタ２１は不作動である。２サイクル内燃機関１０又は１０'のガス運転においては、ガス運転用の圧縮済給気・燃料混合物を火花点火するためのディーゼル燃料をシリンダの燃焼室１７内に送り込むために、シリンダ１１のパイロットインジェクタ２７のみが作動する。火花点火用ディーゼル燃料は望ましくは高圧において又は高圧でそれぞれのシリンダ１１の燃焼室内、ガス運転の給気・燃料混合物内に送り込まれる。
【００４２】
本発明においてはそのためガス運転においてガス運転用燃料、特に天然ガスが、それぞれのピストン１３の下死点又は下死点に近い領域においてそれぞれのシリンダ１１内に送り込まれる。これは、比較的低い圧力で行うことができるが、それは、それぞれのシリンダ１１のピストン１３がピストン１３の下死点の領域にある場合、それぞれのシリンダ燃焼室１７内は比較的低い圧力になっているからである。さらに、それによりピストン１３が上死点に向かう方向に移動する際にガス運転用燃料が給気内で良好に分配されることが保証され、それにより、給気・燃料混合物の点火のために均質の混合物が供給される。この均質で圧縮されたガス運転用給気・燃料混合物に、すでに述べたように、少なくとも一つのパイロットインジェクタ２７を介して火花点火用ディーゼル燃料が、それぞれのピストン１３の上死点の領域又は上死点の近くにおいて送り込まれる、
【００４３】
ガス運転用の燃料を送り込むために必要な噴射圧力は給気の圧力より少し高いだけであるため、ガス運転用の燃料供給システム２５のための安全性要件は低い。
【００４４】
シリンダ１１のライナー１２の下部１５又は２９におけるガスインレット開口部２２及びガスバルブ２３の幾何学的な配置の長所は、すでに当該又は各排気バルブ２０、当該又は各メインインジェクタ２１、当該又は各パイロットインジェクタ２７が位置しているそれぞれのシリンダ１１の上部１９に、ガス運転用の燃料を送り込むための、特に天然ガスを送り込むための取付場所をさらに必要としないことである。
【符号の説明】
【００４５】
１０,１０'  ２サイクル内燃機関
１１  シリンダ
１２  ライナー
１３  ピストン
１４  ピストンロッド
１５  下部
１６  給気口
１７  燃焼室
１８  給気コレクタ
１９  上部
２０  排気バルブ
２１  メインインジェクタ
２２  ガスインレット開口部
２３  ガスバルブ
２４  ガス流路
２５  燃料供給システム
２６  ガス管
２７  パイロットインジェクタ
２８  シリンダカバー
２９  下部
【図１】
0005813521.tif 000002
【図２】
0005813521.tif 000003
【図３】
0005813521.tif 000004